【発見】太陽系外惑星の周りに衛星を形成する円盤を世界で初めて発見

天文・宇宙

アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載された今回の研究を主導したフランス・グルノーブル大学とチリ大学の研究者、ミリアム・ベニスティ氏は、「今回の研究は、衛星が形成されている可能性のある円盤を明確に検出したものです」と述べています。「今回のアルマ望遠鏡の観測では、非常に高い解像度が得られたため、この円盤が惑星に関連していることがはっきりとわかり、その大きさを初めて決定することができました」と彼女は付け加えます。

この円盤は「周遊星盤」と呼ばれ、約400光年離れた恒星の周りを回る2つの木星型巨大惑星のうちの1つである太陽系外惑星PDS 70cを取り巻いています。この太陽系外惑星の周囲には、これまでにも「衛星形成円盤」の存在が示唆されていましたが、円盤と周囲の環境を明確に区別することができなかったため、その存在を確認することができずにいました。

さらに、アルマ望遠鏡の観測により、この円盤の直径は太陽から地球までの距離とほぼ同じであり、月の大きさの衛星を3個まで形成できるだけの質量があることがわかりました。

 

しかし、今回の結果は、衛星がどのようにして生まれるのかを解明する鍵となるだけではありません。この研究の著者である米国カーネギー科学研究所の地球惑星研究所の研究者Jaehan Bae氏は、「この新しい観測結果は、これまで検証できなかった惑星形成の理論を証明するためにも非常に重要です」と語ります。

惑星は、若い星の周りの塵の多い円盤の中で形成され、この星の周りの円盤から物質を貪り食って成長しながら空洞を切り開いていく。この過程で、惑星は自分自身の円盤を獲得し、惑星に降り注ぐ物質の量を調節することで、惑星の成長に貢献する。また、円盤の中のガスや塵が何度も衝突することで、次第に大きな天体となり、最終的には衛星が誕生します。

しかし、これらのプロセスの詳細については、天文学者もまだ完全には理解していません。「今回の研究に携わった欧州南天天文台のステファノ・ファッキーニ研究員は、「惑星や衛星がいつ、どこで、どのように形成されるのかは、まだよくわかっていません。

「これまでに4,000個以上の太陽系外惑星が発見されていますが、それらはすべて成熟した系で検出されています。木星と土星のペアを彷彿とさせるシステムを形成しているPDS 70bとPDS 70cは、これまでに検出された太陽系外惑星の中で、まだ形成過程にある唯一の2つの惑星です」と、ドイツのマックス・プランク天文研究所の研究者で、本研究の共著者の1人であるミリアム・ケプラー氏は説明する。

「この星系は、惑星や衛星の形成過程を観測・研究するためのユニークな機会を提供してくれます」とファッチーニ氏は付け加える。

このシステムを構成する2つの惑星であるPDS 70bとPDS 70cは、それぞれ2018年と2019年にESOの超大型望遠鏡(VLT)を用いて初めて発見され、そのユニークな性質から、その後何度も他の望遠鏡や観測装置で観測されている。

今回、アルマ望遠鏡の最新の高解像度観測によって、天文学者はこの星系についてさらなる知見を得ることができました。その結果、PDS 70cの周囲に円盤があることを確認し、その大きさや質量を調べたところ、PDS 70bには円盤の明確な痕跡がないことがわかりました。これは、PDS 70cによって生まれた環境から塵の物質が奪われたことを示しています。

現在、チリのアタカマ砂漠にあるセロ・アルマゾネスに建設中のESOの超大型望遠鏡(ELT)を使えば、惑星系のより深い理解が得られるでしょう。共著者であるリチャード・ティーグは、「ELTは、そのはるかに高い解像度により、惑星系の詳細な地図を作成することができるため、この研究の鍵となるでしょう」と述べています。特に、ELTの中間赤外線ELTイメージャー・分光器(METIS)を使って、PDS 70cの周囲のガスの動きを調べ、この星系の完全な3D画像を得ることができるでしょう。

Peeking at a Distant Moon-Forming Disc

ESOについて

ESOは、ヨーロッパにおける政府間の天文学組織であり、世界で最も生産性の高い地上天文台です。ESOには16の加盟国があります。ESOには、オーストリア、ベルギー、チェコ共和国、デンマーク、フランス、フィンランド、ドイツ、アイルランド、イタリア、オランダ、ポーランド、ポルトガル、スペイン、スウェーデン、スイス、英国の16カ国と、ホスト国であるチリ、そして戦略的パートナーであるオーストラリアが参加しています。ESOは、天文学者が重要な科学的発見をするための強力な地上観測施設の設計、建設、運用を中心とした意欲的なプログラムを実施しています。ESOはまた、天文学研究における協力関係を促進し、組織化する上でも主導的な役割を果たしています。ESOは、チリにある3つのユニークな世界的観測施設を運営しています。ESOは、チリにある3つのユニークな世界的観測所、La Silla、Paranal、Chajnantorを運営しています。パラナルでは、ESOは超大型望遠鏡とその世界最先端の超大型望遠鏡干渉計、さらに赤外線を観測するVISTAと可視光を観測するVLTサーベイ望遠鏡という2つのサーベイ望遠鏡を運用しています。また、ESOはパラナルにおいて、世界最大かつ最高感度のガンマ線観測装置であるチェレンコフ望遠鏡アレイ南サイトをホストし、運用します。ESOはまた、Chajnantorにある2つの施設、APEXと現存する最大の天文学プロジェクトであるALMAの主要なパートナーでもあります。また、パラナルに近いセロ・アルマゾネスでは、ESOが39mの超大型望遠鏡(ELT)を建設しており、これは「世界最大の空の目」となる予定です。

ALMAについて

国際的な天文学施設であるアタカマ大型ミリ波サブミリ波アレイ(ALMA)は、ESO、米国国立科学財団(NSF)、日本の自然科学研究機構(NINS)が、チリ共和国と協力して建設している。ALMAは、加盟国を代表してESOが、カナダ国立研究評議会(NRC)および科学技術省(MOST)と協力してNSFが、台湾の中央研究院(AS)および韓国天文宇宙科学院(KASI)と協力してNINSが資金を提供しています。ALMAの建設と運用は、加盟国を代表してESOが主導し、加盟国を代表してAPU(Associated Universities, Inc)が管理する国立電波天文台(NRAO)が主導する。(AUI)が運営する国立電波天文台(NRAO)が北米を代表して、国立天文台(NAOJ)が東アジアを代表して、それぞれ主導しています。JAOは、ALMAの建設、コミッショニング、運用を統一的に指導・管理します。

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